(57)【要約】【課題】特にアキュムレータが無くても圧縮機での液圧縮の問題を解決することができるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置および起動制御方法を提供すること。【解決手段】圧縮機と放熱器とを有するヒートポンプ回路と、前記放熱器で加熱した温水を貯湯タンクに貯留する貯湯回路とを備え、前記ヒートポンプ回路には、レシーバおよびアキュムレータを備えず、前記圧縮機として回転数可変の圧縮機を用い、前記圧縮機の起動時から安定時までの起動運転領域における周波数制御を行うヒートポンプ給湯装置の起動制御装置。【選択図】        図１
2005147584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と放熱器とを有するヒートポンプ回路と、前記放熱器で加熱した温水を貯湯タンクに貯留する貯湯回路とを備え、前記ヒートポンプ回路には、レシーバおよびアキュムレータを備えず、前記圧縮機として回転数可変の圧縮機を用い、前記圧縮機の起動時から安定時までの起動運転領域における周波数制御を行い、前記起動運転領域において所定周波数を維持する定周波領域を少なくとも１つ有することを特徴とするヒートポンプ給湯装置の起動制御装置。
【請求項２】
圧縮機と放熱器とを有するヒートポンプ回路と、前記放熱器で加熱した温水を貯湯タンクに貯留する貯湯回路とを備え、前記ヒートポンプ回路には、レシーバおよびアキュムレータを備えず、前記圧縮機として回転数可変の圧縮機を用い、前記圧縮機の起動時から安定時までの起動運転領域における周波数制御を行うヒートポンプ給湯装置の起動制御装置であって、
前記起動運転領域として、少なくとも第１の運転領域と、当該第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域とをあらかじめ記憶し、
前記第１の運転領域には、所定周波数を維持する第１の定周波数領域と、前記第１の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に増加させる第１の可変周波数領域とを有し、
前記第２の運転領域には、所定周波数を維持する第２の定周波数領域と、前記第１の定周波数領域の所定周波数から前記第２の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に変更させる第２の可変周波数領域とを有することを特徴とするヒートポンプ給湯装置の起動制御装置。
【請求項３】
前記圧縮機の安定時の運転周波数を、季節、入水温度、外気温度、または使用者の設定温度などの運転条件によって変更可能な構成とし、
前記第２の定周波数領域での運転可能な周波数として所定範囲の周波数を記憶し、
前記第２の定周波数領域での運転周波数を前記圧縮機の安定時の運転周波数によって変更可能な構成としたことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置。
【請求項４】
外気温度を検出する外気温度検出手段と、
前記放熱器に導入する水温を検出する入水温度検出手段と、
外気温度および入水温度と前記圧縮機の安定時の運転周波数との関係データを記憶した安定運転時条件データ記憶手段と、
前記起動運転領域の条件データを記憶した起動運転領域条件データ記憶手段と、
前記外気温度検出手段および前記入水温度検出手段からの検出値と前記安定運転時条件データ記憶手段に記憶された条件データとから安定時の運転周波数を決定する安定時運転周波数決定手段と、
前記安定時運転周波数決定手段で決定された安定時の運転周波数と前記起動運転領域条件データ記憶手段に記憶された条件データとから前記第２の定周波数領域での運転周波数を決定する起動運転領域運転周波数決定手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置。
【請求項５】
前記圧縮機として、吸入冷媒を圧縮室に導入し、圧縮室からの吐出冷媒をシェル内に吐出させる高圧型圧縮機を用いたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置。
【請求項６】
前記圧縮機の圧縮室内が所定圧力を越えると前記圧縮室内の冷媒をシェル内に吐出させるバイパス機構を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置。
【請求項７】
膨張弁を開放して蒸発器の除霜を行う除霜運転から、前記放熱器で加熱した温水を前記貯湯タンクに貯留する貯湯運転への切換制御を行うヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、
前記起動運転領域として、前記除霜運転から前記貯湯運転への切換時に実行する除霜復帰運転領域をあらかじめ記憶し、
前記除霜復帰運転領域には、所定周波数を維持する復帰時の定周波数領域と、前記除霜運転時の運転周波数から前記復帰時の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に減少させる復帰時の可変周波数領域とを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置。
【請求項８】
冷媒として二酸化炭素を用い、前記圧縮機によって前記ヒートポンプ回路の高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置。
【請求項９】
圧縮機と放熱器とを有するヒートポンプ回路と、前記放熱器で加熱した温水を貯湯タンクに貯留する貯湯回路と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記放熱器に導入する水温を検出する入水温度検出手段とを備え、前記圧縮機として回転数可変の圧縮機を用い、前記圧縮機の起動時から安定時までの起動運転時間における周波数制御を行うヒートポンプ給湯装置の起動制御方法であって、
前記起動運転領域として、少なくとも第１の運転領域と、当該第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域とをあらかじめ記憶し、
前記第１の運転領域には、所定周波数を維持する第１の定周波数領域と、前記第１の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に増加させる第１の可変周波数領域とを有し、
前記第２の運転領域には、所定周波数を維持する第２の定周波数領域と、前記第１の定周波数領域の所定周波数から前記第２の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に変更させる第２の可変周波数領域とを有し、
前記外気温度検出手段によって検出した外気温度と前記入水温度検出手段によって検出した入水温度とから圧縮機の安定時の運転周波数を決定し、
決定された前記安定時の運転周波数が、前記第２の定周波数領域の運転周波数よりも高い場合には、前記第１の可変周波数領域、前記第１の定周波数領域、前記第２の可変周波数領域、および前記第２の定周波数領域とを順に運転し、その後安定時の運転周波数まで前記圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に増加することで起動制御を行い、
決定された前記安定時の運転周波数が、前記第２の定周波数領域の運転周波数よりも低い場合には、前記第１の可変周波数領域、前記第１の定周波数領域、前記第２の可変周波数領域、および前記第２の定周波数領域とを順に運転し、その後安定時の運転周波数まで前記圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に減少することで起動制御を行うことを特徴とするヒートポンプ給湯装置の起動制御方法。
【請求項１０】
圧縮機と放熱器とを有するヒートポンプ回路と、前記放熱器で加熱した温水を貯湯タンクに貯留する貯湯回路と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記放熱器に導入する水温を検出する入水温度検出手段とを備え、前記圧縮機として回転数可変の圧縮機を用い、前記圧縮機の起動時から安定時までの起動運転時間における周波数制御を行うヒートポンプ給湯装置の起動制御方法であって、
前記起動運転領域として、少なくとも第１の運転領域と、当該第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域とをあらかじめ記憶し、
前記第１の運転領域には、所定周波数を維持する第１の定周波数領域と、前記第１の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に増加させる第１の可変周波数領域とを有し、
前記第２の運転領域には、所定周波数を維持する第２の定周波数領域と、前記第１の定周波数領域の所定周波数から前記第２の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に変更させる第２の可変周波数領域とを有し、
前記第２の定周波数領域での運転可能な周波数として所定範囲の周波数を記憶し、
前記外気温度検出手段によって検出した外気温度と前記入水温度検出手段によって検出した入水温度とから圧縮機の安定時の運転周波数を決定し、
決定された前記安定時の運転周波数が、前記第２の定周波数領域の最大周波数よりも高い場合には、前記第２の定周波数領域での運転周波数を前記最大周波数とし、前記第１の可変周波数領域、前記第１の定周波数領域、前記第２の可変周波数領域、および前記第２の定周波数領域とを順に運転し、その後安定時の運転周波数まで前記圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に増加することで起動制御を行い、
決定された前記安定時の運転周波数が、前記第２の定周波数領域の所定範囲の周波数である場合には、前記第２の定周波数領域での運転周波数を前記安定時の運転周波数とし、前記第１の可変周波数領域、前記第１の定周波数領域、前記第２の可変周波数領域、および前記第２の定周波数領域とを順に運転することで起動制御を行い、
決定された前記安定時の運転周波数が、前記第２の定周波数領域の最小周波数よりも低い場合には、前記第２の定周波数領域での運転周波数を前記最小周波数とし、前記第１の可変周波数領域、前記第１の定周波数領域、前記第２の可変周波数領域、および前記第２の定周波数領域とを順に運転し、その後安定時の運転周波数まで前記圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に減少することで起動制御を行うことを特徴とするヒートポンプ給湯装置の起動制御方法。
【請求項１１】
除霜運転の終了を検出する除霜完了検出手段を有し、膨張弁を開放して蒸発器の除霜を行う除霜運転から、前記放熱器で加熱した温水を前記貯湯タンクに貯留する貯湯運転への切換制御において、
前記起動運転領域として、前記除霜運転から前記貯湯運転への切換時に実行する除霜復帰運転領域をあらかじめ記憶し、
前記除霜復帰運転領域には、所定周波数を維持する復帰時の定周波数領域と、前記除霜運転時の運転周波数から前記復帰時の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に減少させる復帰時の可変周波数領域とを有し、
前記除霜完了検出手段から除霜完了を検出した場合に、前記復帰時の可変周波数領域、および前記復帰時の定周波数領域とを順に運転し、前記復帰時の定周波数領域での運転中に前記膨張弁を絞ることで前記貯湯運転に切換え、その後安定時の運転周波数まで前記圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に増加することで切換制御を行うことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御方法。
【請求項１２】
冷媒として二酸化炭素を用い、前記圧縮機によって前記ヒートポンプ回路の高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機と放熱器とを有するヒートポンプ回路と、放熱器で加熱した温水を貯湯タンクに貯留する貯湯回路とを備え、圧縮機として回転数可変の圧縮機を用い、圧縮機の起動時から安定時までの起動運転領域における周波数制御を行うヒートポンプ給湯装置の起動制御装置および起動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヒートポンプサイクルを利用した給湯装置は種々提案されており、例えば、レシーバを備えた給湯装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
また、ヒートポンプサイクルを利用した給湯装置の多くは、圧縮機での液圧縮を防止する目的から、圧縮機の吸入側配管にアキュムレータを設けている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−６５６１６号公報
【特許文献２】特許第３３９３６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来のヒートポンプ給湯装置においては、ヒートポンプ回路として、圧縮機、放熱器、および蒸発器があり、貯湯回路として貯湯タンクがあるため、装置全体が極めて大きくなってしまうという問題がある。
従って、装置の小型化を図る上では、装置に必要な構成部材を無くすことが有効であり、例えばレシーバやアキュムレータをその対象とするためには、圧縮機での液圧縮の問題を解決する必要がある。
【０００４】
そこで本発明は、特にアキュムレータが無くても圧縮機での液圧縮の問題を解決することができるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置および起動制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の本発明のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置は、圧縮機と放熱器とを有するヒートポンプ回路と、前記放熱器で加熱した温水を貯湯タンクに貯留する貯湯回路とを備え、前記ヒートポンプ回路には、レシーバおよびアキュムレータを備えず、前記圧縮機として回転数可変の圧縮機を用い、前記圧縮機の起動時から安定時までの起動運転領域における周波数制御を行い、前記起動運転領域において所定周波数を維持する定周波領域を少なくとも１つ有することを特徴とするヒートポンプ給湯装置の起動制御装置。
請求項２記載の本発明のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置は、圧縮機と放熱器とを有するヒートポンプ回路と、前記放熱器で加熱した温水を貯湯タンクに貯留する貯湯回路とを備え、前記ヒートポンプ回路には、レシーバおよびアキュムレータを備えず、前記圧縮機として回転数可変の圧縮機を用い、前記圧縮機の起動時から安定時までの起動運転領域における周波数制御を行うヒートポンプ給湯装置の起動制御装置であって、前記起動運転領域として、少なくとも第１の運転領域と、当該第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域とをあらかじめ記憶し、前記第１の運転領域には、所定周波数を維持する第１の定周波数領域と、前記第１の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に増加させる第１の可変周波数領域とを有し、前記第２の運転領域には、所定周波数を維持する第２の定周波数領域と、前記第１の定周波数領域の所定周波数から前記第２の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に変更させる第２の可変周波数領域とを有することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、前記圧縮機の安定時の運転周波数を、季節、入水温度、外気温度、または使用者の設定温度などの運転条件によって変更可能な構成とし、前記第２の定周波数領域での運転可能な周波数として所定範囲の周波数を記憶し、前記第２の定周波数領域での運転周波数を前記圧縮機の安定時の運転周波数によって変更可能な構成としたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記放熱器に導入する水温を検出する入水温度検出手段と、外気温度および入水温度と前記圧縮機の安定時の運転周波数との関係データを記憶した安定運転時条件データ記憶手段と、前記起動運転領域の条件データを記憶した起動運転領域条件データ記憶手段と、前記外気温度検出手段および前記入水温度検出手段からの検出値と前記安定運転時条件データ記憶手段に記憶された条件データとから安定時の運転周波数を決定する安定時運転周波数決定手段と、前記安定時運転周波数決定手段で決定された安定時の運転周波数と前記起動運転領域条件データ記憶手段に記憶された条件データとから前記第２の定周波数領域での運転周波数を決定する起動運転領域運転周波数決定手段とを備えたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、前記圧縮機として、吸入冷媒を圧縮室に導入し、圧縮室からの吐出冷媒をシェル内に吐出させる高圧型圧縮機を用いたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、前記圧縮機の圧縮室内が所定圧力を越えると前記圧縮室内の冷媒をシェル内に吐出させるバイパス機構を設けたことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、膨張弁を開放して蒸発器の除霜を行う除霜運転から、前記放熱器で加熱した温水を前記貯湯タンクに貯留する貯湯運転への切換制御を行うヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、前記起動運転領域として、前記除霜運転から前記貯湯運転への切換時に実行する除霜復帰運転領域をあらかじめ記憶し、前記除霜復帰運転領域には、所定周波数を維持する復帰時の定周波数領域と、前記除霜運転時の運転周波数から前記復帰時の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に減少させる復帰時の可変周波数領域とを有することを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、冷媒として二酸化炭素を用い、前記圧縮機によって前記ヒートポンプ回路の高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする。
請求項９記載の本発明のヒートポンプ給湯装置の起動制御方法は、圧縮機と放熱器とを有するヒートポンプ回路と、前記放熱器で加熱した温水を貯湯タンクに貯留する貯湯回路と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記放熱器に導入する水温を検出する入水温度検出手段とを備え、前記圧縮機として回転数可変の圧縮機を用い、前記圧縮機の起動時から安定時までの起動運転時間における周波数制御を行うヒートポンプ給湯装置の起動制御方法であって、前記起動運転領域として、少なくとも第１の運転領域と、当該第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域とをあらかじめ記憶し、前記第１の運転領域には、所定周波数を維持する第１の定周波数領域と、前記第１の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に増加させる第１の可変周波数領域とを有し、前記第２の運転領域には、所定周波数を維持する第２の定周波数領域と、前記第１の定周波数領域の所定周波数から前記第２の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に変更させる第２の可変周波数領域とを有し、前記外気温度検出手段によって検出した外気温度と前記入水温度検出手段によって検出した入水温度とから圧縮機の安定時の運転周波数を決定し、決定された前記安定時の運転周波数が、前記第２の定周波数領域の運転周波数よりも高い場合には、前記第１の可変周波数領域、前記第１の定周波数領域、前記第２の可変周波数領域、および前記第２の定周波数領域とを順に運転し、その後安定時の運転周波数まで前記圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に増加することで起動制御を行い、決定された前記安定時の運転周波数が、前記第２の定周波数領域の運転周波数よりも低い場合には、前記第１の可変周波数領域、前記第１の定周波数領域、前記第２の可変周波数領域、および前記第２の定周波数領域とを順に運転し、その後安定時の運転周波数まで前記圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に減少することで起動制御を行うことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明のヒートポンプ給湯装置の起動制御方法は、圧縮機と放熱器とを有するヒートポンプ回路と、前記放熱器で加熱した温水を貯湯タンクに貯留する貯湯回路と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記放熱器に導入する水温を検出する入水温度検出手段とを備え、前記圧縮機として回転数可変の圧縮機を用い、前記圧縮機の起動時から安定時までの起動運転時間における周波数制御を行うヒートポンプ給湯装置の起動制御方法であって、前記起動運転領域として、少なくとも第１の運転領域と、当該第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域とをあらかじめ記憶し、前記第１の運転領域には、所定周波数を維持する第１の定周波数領域と、前記第１の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に増加させる第１の可変周波数領域とを有し、前記第２の運転領域には、所定周波数を維持する第２の定周波数領域と、前記第１の定周波数領域の所定周波数から前記第２の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に変更させる第２の可変周波数領域とを有し、前記第２の定周波数領域での運転可能な周波数として所定範囲の周波数を記憶し、前記外気温度検出手段によって検出した外気温度と前記入水温度検出手段によって検出した入水温度とから圧縮機の安定時の運転周波数を決定し、決定された前記安定時の運転周波数が、前記第２の定周波数領域の最大周波数よりも高い場合には、前記第２の定周波数領域での運転周波数を前記最大周波数とし、前記第１の可変周波数領域、前記第１の定周波数領域、前記第２の可変周波数領域、および前記第２の定周波数領域とを順に運転し、その後安定時の運転周波数まで前記圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に増加することで起動制御を行い、決定された前記安定時の運転周波数が、前記第２の定周波数領域の所定範囲の周波数である場合には、前記第２の定周波数領域での運転周波数を前記安定時の運転周波数とし、前記第１の可変周波数領域、前記第１の定周波数領域、前記第２の可変周波数領域、および前記第２の定周波数領域とを順に運転することで起動制御を行い、決定された前記安定時の運転周波数が、前記第２の定周波数領域の最小周波数よりも低い場合には、前記第２の定周波数領域での運転周波数を前記最小周波数とし、前記第１の可変周波数領域、前記第１の定周波数領域、前記第２の可変周波数領域、および前記第２の定周波数領域とを順に運転し、その後安定時の運転周波数まで前記圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に減少することで起動制御を行うことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明は、請求項９または請求項１０に記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御方法において、除霜運転の終了を検出する除霜完了検出手段を有し、膨張弁を開放して蒸発器の除霜を行う除霜運転から、前記放熱器で加熱した温水を前記貯湯タンクに貯留する貯湯運転への切換制御において、前記起動運転領域として、前記除霜運転から前記貯湯運転への切換時に実行する除霜復帰運転領域をあらかじめ記憶し、前記除霜復帰運転領域には、所定周波数を維持する復帰時の定周波数領域と、前記除霜運転時の運転周波数から前記復帰時の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に減少させる復帰時の可変周波数領域とを有し、前記除霜完了検出手段から除霜完了を検出した場合に、前記復帰時の可変周波数領域、および前記復帰時の定周波数領域とを順に運転し、前記復帰時の定周波数領域での運転中に前記膨張弁を絞ることで前記貯湯運転に切換え、その後安定時の運転周波数まで前記圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に増加することで切換制御を行うことを特徴とする。
請求項１２記載の本発明は、請求項９または請求項１０に記載のヒートポンプ給湯装置の起動制御方法において、冷媒として二酸化炭素を用い、前記圧縮機によって前記ヒートポンプ回路の高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、起動運転領域において所定周波数を維持する定周波領域を少なくとも１つ設けることで、液圧縮による問題を回避することで、起動運転時間における圧縮機への液戻りに対処しつつ、早期な立ち上がり運転を行うことができる。従って、アキュムレータやレシーバを備えることなく、液圧縮の問題を生じることなく素早い立ち上がり運転を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置は、ヒートポンプ回路には、レシーバおよびアキュムレータを備えず、圧縮機として回転数可変の圧縮機を用い、圧縮機の起動時から安定時までの起動運転領域における周波数制御を行い、起動運転領域において所定周波数を維持する定周波領域を少なくとも１つ有するものである。圧縮機のシェル温度が十分に上昇した後の液圧縮はヒートポンプ回路に封入する冷媒量を最適な量にすることで回避可能であるが、シェル温度が十分に上昇していない起動運転時間には大量の液冷媒が圧縮機に流入する。本実施の形態によれば、起動運転領域において所定周波数を維持する定周波領域を少なくとも１つ設けることで、液圧縮による問題を回避することで、起動運転時間における圧縮機への液戻りに対処しつつ、早期な立ち上がり運転を行うことができる。従って、アキュムレータやレシーバを備えることなく、液圧縮の問題を生じることなく素早い立ち上がり運転を実現することができる。
本発明の第２の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置は、起動運転領域として、少なくとも第１の運転領域と、当該第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域とをあらかじめ記憶し、第１の運転領域には、所定周波数を維持する第１の定周波数領域と、第１の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に増加させる第１の可変周波数領域とを有し、第２の運転領域には、所定周波数を維持する第２の定周波数領域と、第１の定周波数領域の所定周波数から第２の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に変更させる第２の可変周波数領域とを有するものである。圧縮機のシェル温度が十分に上昇した後の液圧縮はヒートポンプ回路に封入する冷媒量を最適な量にすることで回避可能であるが、シェル温度が十分に上昇していない起動運転時間には大量の液冷媒が圧縮機に流入する。起動運転時間における圧縮機への液戻りは、起動直後と、所定時間経過後に生じる。本実施の形態によれば、起動運転領域として、少なくとも第１の運転領域と、当該第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域とをあらかじめ記憶し、第１の定周波数領域と第２の定周波数領域を設けることで、起動直後の圧縮機への液戻りに対しては、第１の定周波数領域によって液圧縮による問題を回避し、所定時間経過後の圧縮機への液戻りに対しては、第２の定周波数領域によって液圧縮による問題を回避することで、起動運転時間における圧縮機への液戻りに対処しつつ、早期な立ち上がり運転を行うことができる。従って、アキュムレータやレシーバを備えることなく、液圧縮の問題を生じることなく素早い立ち上がり運転を実現することができる。
本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、圧縮機の安定時の運転周波数を、季節、入水温度、外気温度、または使用者の設定温度などの運転条件によって変更可能な構成とし、第２の定周波数領域での運転可能な周波数として所定範囲の周波数を記憶し、第２の定周波数領域での運転周波数を圧縮機の安定時の運転周波数によって変更可能な構成としたものである。本実施の形態によれば、第２の定周波数領域での運転周波数を、圧縮機の安定時の運転周波数によって変更することで、より確実に液圧縮の問題を回避しつつ素早い立ち上がり運転を実現することができる。
本発明の第４の実施の形態は、第３の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、外気温度を検出する外気温度検出手段と、放熱器に導入する水温を検出する入水温度検出手段と、外気温度および入水温度と圧縮機の安定時の運転周波数との関係データを記憶した安定運転時条件データ記憶手段と、起動運転領域の条件データを記憶した起動運転領域条件データ記憶手段と、外気温度検出手段および入水温度検出手段からの検出値と安定運転時条件データ記憶手段に記憶された条件データとから安定時の運転周波数を決定する安定時運転周波数決定手段と、安定時運転周波数決定手段で決定された安定時の運転周波数と起動運転領域条件データ記憶手段に記憶された条件データとから第２の定周波数領域での運転周波数を決定する起動運転領域運転周波数決定手段とを備えたものである。本実施の形態によれば、特に安定時の運転周波数を、外気温度と入水温度から決定し、この安定時の運転周波数をもとに第２の定周波数領域での運転周波数を決定するため、例えばシェル温度の上昇までに時間の必要な冬期運転時であっても、入水温度が高ければ不必要に周波数を上昇させることなく、すなわち液圧縮の問題を生じさせることなく圧縮機の立ち上がり運転を行うことができる。
本発明の第５の実施の形態は、第１から第４の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、圧縮機として、吸入冷媒を圧縮室に導入し、圧縮室からの吐出冷媒をシェル内に吐出させる高圧型圧縮機を用いたものである。本実施の形態によれば、高圧型圧縮機を用いることでシェル温度を早期に高めることができ、また通常運転時においても低圧型圧縮機に比べてシェル温度を高くすることができるので、液圧縮の問題を回避することができる。
本発明の第６の実施の形態は、第１から第４の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、圧縮機の圧縮室内が所定圧力を越えると圧縮室内の冷媒をシェル内に吐出させるバイパス機構を設けたものである。本実施の形態によれば、何らかの原因によって液冷媒が圧縮室内に流入した場合であっても、液圧縮を回避することができる。
本発明の第７の実施の形態は、第１から第４の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、起動運転領域として、除霜運転から貯湯運転への切換時に実行する除霜復帰運転領域をあらかじめ記憶し、除霜復帰運転領域には、所定周波数を維持する復帰時の定周波数領域と、除霜運転時の運転周波数から復帰時の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に減少させる復帰時の可変周波数領域とを有するものである。本実施の形態によれば、除霜運転から貯湯運転への切換時における圧縮機への液戻りも対処することができる。
本発明の第８の実施の形態は、第１から第４の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置において、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機によってヒートポンプ回路の高圧側では臨界圧を越える状態で運転するものである。冷媒として二酸化炭素を用い、高圧側圧力が極めて高い本実施の形態のようなヒートポンプ給湯装置においても液圧縮の問題を生じることなく運転することができる。
本発明の第９の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の起動制御方法は、起動運転領域として、少なくとも第１の運転領域と、当該第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域とをあらかじめ記憶し、第１の運転領域には、所定周波数を維持する第１の定周波数領域と、第１の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に増加させる第１の可変周波数領域とを有し、第２の運転領域には、所定周波数を維持する第２の定周波数領域と、第１の定周波数領域の所定周波数から第２の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に変更させる第２の可変周波数領域とを有し、外気温度検出手段によって検出した外気温度と入水温度検出手段によって検出した入水温度とから圧縮機の安定時の運転周波数を決定し、決定された安定時の運転周波数が、第２の定周波数領域の運転周波数よりも高い場合には、第１の可変周波数領域、第１の定周波数領域、第２の可変周波数領域、および第２の定周波数領域とを順に運転し、その後安定時の運転周波数まで圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に増加することで起動制御を行い、決定された安定時の運転周波数が、第２の定周波数領域の運転周波数よりも低い場合には、第１の可変周波数領域、第１の定周波数領域、第２の可変周波数領域、および第２の定周波数領域とを順に運転し、その後安定時の運転周波数まで圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に減少することで起動制御を行うものである。圧縮機のシェル温度が十分に上昇した後の液圧縮はヒートポンプ回路に封入する冷媒量を最適な量にすることで回避可能であるが、シェル温度が十分に上昇していない起動運転時間には大量の液冷媒が圧縮機に流入する。起動運転時間における圧縮機への液戻りは、起動直後と、所定時間経過後に生じる。本実施の形態によれば、起動運転領域として、少なくとも第１の運転領域と、当該第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域とをあらかじめ記憶し、第１の定周波数領域と第２の定周波数領域を設けることで、起動直後の圧縮機への液戻りに対しては、第１の定周波数領域によって液圧縮による問題を回避し、所定時間経過後の圧縮機への液戻りに対しては、第２の定周波数領域によって液圧縮による問題を回避することで、起動運転時間における圧縮機への液戻りに対処しつつ、早期な立ち上がり運転を行うことができる。また本実施の形態によれば、特に安定時の運転周波数を、外気温度と入水温度から決定し、この安定時の運転周波数をもとに第２の定周波数領域での運転周波数を決定するため、例えばシェル温度の上昇までに時間の必要な冬期運転時であっても、入水温度が高ければ不必要に周波数を上昇させることなく、すなわち液圧縮の問題を生じさせることなく圧縮機の立ち上がり運転を行うことができる。
本発明の第１０の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の起動制御方法は、起動運転領域として、少なくとも第１の運転領域と、当該第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域とをあらかじめ記憶し、第１の運転領域には、所定周波数を維持する第１の定周波数領域と、第１の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に増加させる第１の可変周波数領域とを有し、第２の運転領域には、所定周波数を維持する第２の定周波数領域と、第１の定周波数領域の所定周波数から第２の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に変更させる第２の可変周波数領域とを有し、第２の定周波数領域での運転可能な周波数として所定範囲の周波数を記憶し、外気温度検出手段によって検出した外気温度と入水温度検出手段によって検出した入水温度とから圧縮機の安定時の運転周波数を決定し、決定された安定時の運転周波数が、第２の定周波数領域の最大周波数よりも高い場合には、第２の定周波数領域での運転周波数を最大周波数とし、第１の可変周波数領域、第１の定周波数領域、第２の可変周波数領域、および第２の定周波数領域とを順に運転し、その後安定時の運転周波数まで圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に増加することで起動制御を行い、決定された安定時の運転周波数が、第２の定周波数領域の所定範囲の周波数である場合には、第２の定周波数領域での運転周波数を安定時の運転周波数とし、第１の可変周波数領域、第１の定周波数領域、第２の可変周波数領域、および第２の定周波数領域とを順に運転することで起動制御を行い、決定された安定時の運転周波数が、第２の定周波数領域の最小周波数よりも低い場合には、第２の定周波数領域での運転周波数を最小周波数とし、第１の可変周波数領域、第１の定周波数領域、第２の可変周波数領域、および第２の定周波数領域とを順に運転し、その後安定時の運転周波数まで圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に減少することで起動制御を行うものである。圧縮機のシェル温度が十分に上昇した後の液圧縮はヒートポンプ回路に封入する冷媒量を最適な量にすることで回避可能であるが、シェル温度が十分に上昇していない起動運転時間には大量の液冷媒が圧縮機に流入する。起動運転時間における圧縮機への液戻りは、起動直後と、所定時間経過後に生じる。本実施の形態によれば、起動運転領域として、少なくとも第１の運転領域と、当該第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域とをあらかじめ記憶し、第１の定周波数領域と第２の定周波数領域を設けることで、起動直後の圧縮機への液戻りに対しては、第１の定周波数領域によって液圧縮による問題を回避し、所定時間経過後の圧縮機への液戻りに対しては、第２の定周波数領域によって液圧縮による問題を回避することで、起動運転時間における圧縮機への液戻りに対処しつつ、早期な立ち上がり運転を行うことができる。また本実施の形態によれば、特に安定時の運転周波数を、外気温度と入水温度から決定し、この安定時の運転周波数をもとに第２の定周波数領域での運転周波数を決定するため、例えばシェル温度の上昇までに時間の必要な冬期運転時であっても、入水温度が高ければ不必要に周波数を上昇させることなく、すなわち液圧縮の問題を生じさせることなく圧縮機の立ち上がり運転を行うことができる。更に本実施の形態によれば、第２の定周波数領域での運転周波数を、圧縮機の安定時の運転周波数によって変更することで、より確実に液圧縮の問題を回避しつつ素早い立ち上がり運転を実現することができる。
本発明の第１１の実施の形態は、第９または第１０の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の起動制御方法において、起動運転領域として、除霜運転から貯湯運転への切換時に実行する除霜復帰運転領域をあらかじめ記憶し、除霜復帰運転領域には、所定周波数を維持する復帰時の定周波数領域と、除霜運転時の運転周波数から復帰時の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に減少させる復帰時の可変周波数領域とを有し、除霜完了検出手段から除霜完了を検出した場合に、復帰時の可変周波数領域、および復帰時の定周波数領域とを順に運転し、復帰時の定周波数領域での運転中に膨張弁を絞ることで貯湯運転に切換え、その後安定時の運転周波数まで圧縮機の運転周波数を徐々にまたは段階的に増加することで切換制御を行うものである。本実施の形態によれば、除霜運転から貯湯運転への切換時における圧縮機への液戻りも対処することができる。
本発明の第１２の実施の形態は、第９または第１０の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置の起動制御方法において、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機によって前記ヒートポンプ回路の高圧側では臨界圧を越える状態で運転するものである。冷媒として二酸化炭素を用い、高圧側圧力が極めて高い本実施の形態のようなヒートポンプ給湯装置においても液圧縮の問題を生じることなく運転することができる。
【実施例】
【０００８】
以下本発明の一実施例におけるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置および起動制御方法について説明する。
図１は、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。本実施例によるヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプ回路と貯湯回路とを備えている。ヒートポンプ回路は、圧縮機１、放熱器２、膨張弁３、及び蒸発器４を順に冷媒配管で接続して構成されている。ファン５は、蒸発器４に対向する位置に設けられている。
ここで、ヒートポンプ回路は、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。圧縮機１は、冷媒を圧縮室に導入し、圧縮室からの吐出冷媒をシェル内に吐出させる高圧型圧縮機を用いることが好ましい。また、圧縮機１の圧縮室内が所定圧力を越えると圧縮室内の冷媒をシェル内に吐出させるバイパス機構を設けていることが好ましい。このバイパス機構としては、圧縮室の特に高圧側空間に密閉空間を開放する貫通孔と、この貫通孔を通常は閉塞して圧縮室内が所定圧力を越えると開放する差圧バルブによって構成することができる。
貯湯回路は、貯湯タンク６、循環ポンプ７、および放熱器２を順に水配管で接続して構成されている。なお、放熱器２の出口側水配管には三方弁８を設け、三方弁８の一方の出口接続口には水配管９Ａが他方の出口接続口には水配管９Ｂが接続されている。水配管９Ａは貯湯タンク６の上部に接続され、水配管９Ｂは貯湯タンク６の下部に接続されている。貯湯タンク６としては、上部に高温水が下部に低温水が分離して蓄えられる積層式貯湯タンクを用いる。また放熱器２は、冷媒と水とが対向して流れるように構成されている。
【０００９】
蒸発器４の出口側配管には、除霜運転の終了を検出する蒸発器出口温度検出手段（除霜完了検出手段）１０が設けられ、循環ポンプ７の上流側には、放熱器２に導入する水温を検出する入水温度検出手段１１が設けられ、ファン５の近傍には、外気温度を検出する外気温度検出手段１２が設けられている。
なお、図示はしないが、貯湯タンク６には、上部に給湯用配管が、下部には給水用配管が接続され、給湯用配管は、浴槽、洗面、若しくはキッチンなどの蛇口、または暖房機用や追い焚き用の熱交換器の熱源側配管に接続される。暖房機用や追い焚き用の熱交換器の熱源側配管に接続される場合には、貯湯タンク６の下部に戻し配管が接続される。
【００１０】
つぎに、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の基本動作を説明する。
貯湯運転信号により、ヒートポンプ回路が運転され、冷媒は圧縮機１で圧縮され、高温高圧となった冷媒は放熱器２で冷却され、膨張弁３により減圧された後に、蒸発器４により大気から吸熱して蒸発し、圧縮機１に戻る。一方、貯湯タンク６の下部から循環ポンプ７により放熱器２に水が供給され、供給された水は、放熱器２で加熱される。そして、加熱され高温となった温水は、三方弁８、水配管９Ａを通って貯湯タンク６の上部から流入する。従って高温水は、貯湯タンク６の上部から順次貯湯される。
なお、圧縮機１の起動運転時間や除霜運転時間のように、放熱器２の出口配管での温水温度が低い場合には、三方弁８の出口側接続口を水配管９Ｂ側に切換ることで低温水が貯湯タンク６の上部から供給されることを防止する。なお、放熱器２の出口側温水温度を検出する温度検出手段によって三方弁８の切換を行うことが好ましい。
【００１１】
つぎに、本実施例におけるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置の構成について説明する。
図２は、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置の構成を機能実現手段で表したブロック図である。
第１の記憶手段１３には、外気温度および入水温度と圧縮機１の安定時の運転周波数との関係データを記憶した安定運転時条件データ記憶手段１４と、起動運転領域の条件データを記憶した起動運転領域条件データ記憶手段１５とを有している。
起動運転領域条件データ記憶手段１５には、第１の運転領域と、第１の運転領域の後に実行される第２の運転領域と、第２の運転領域の後に実行される第３の運転領域と、除霜運転から貯湯運転への切換時に実行する除霜復帰運転領域とをあらかじめ記憶している。
【００１２】
第１の運転領域には、所定周波数を維持する第１の定周波数領域と、第１の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に増加させる第１の可変周波数領域とを有している。ここで第１の定周波数領域は、例えば液圧縮による問題を生じない運転周波数として所定周波数である４８Ｈｚを記憶している。また第１の可変周波数領域は、運転周波数として０Ｈｚから４８Ｈｚの間の複数の運転周波数と、運転時間として所定時間である４５秒を記憶している。また第１の運転領域の全体の時間として所定時間である２分を記憶している。
また、第２の運転領域には、所定周波数を維持する第２の定周波数領域と、第１の定周波数領域の所定周波数から第２の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に変更させる第２の可変周波数領域とを有している。ここで第２の定周波数領域は、例えば液圧縮による問題を生じない運転周波数として所定範囲の周波数として最大周波数５８Ｈｚから最小周波数４４Ｈｚを記憶している。また第２の可変周波数領域は、４８Ｈｚから第２の定周波数の間の周波数を複数に分割して順に指示することと、運転時間として所定時間である３０秒を記憶している。また第２の運転領域の全体の時間として所定時間である２分を記憶している。
また、第３の運転領域には、所定周波数を維持する第３の定周波数領域と、第２の定周波数領域の所定周波数から第３の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に変更させる第３の可変周波数領域とを有している。ここで第３の定周波数領域は、例えば液圧縮による問題を生じない運転周波数として所定範囲の周波数として最大周波数７２Ｈｚから最小周波数４０Ｈｚを記憶している。また第３の可変周波数領域は、第２の定周波数から第３の定周波数の間の周波数を複数に分割して順に指示することと、運転時間として所定時間である３０秒を記憶している。また第３の運転領域の全体の時間として所定時間である２分を記憶している。
また、除霜復帰運転領域には、所定周波数を維持する復帰時の定周波数領域と、除霜運転時の運転周波数から復帰時の定周波数領域の所定周波数まで運転周波数を徐々に減少させる復帰時の可変周波数領域とを有している。ここで復帰時の定周波数領域は、例えば液圧縮による問題を生じない運転周波数として所定周波数である５６Ｈｚを記憶している。また復帰時の可変周波数領域は、運転周波数として除霜運転終了時の運転周波数である８０Ｈｚから所定周波数である５６Ｈｚの間の時分割された複数の運転周波数を記憶している。また復帰時の運転領域の全体の時間として所定時間である９０秒、除霜完了から貯湯運転切換までの所定時間である３０秒を記憶している。
【００１３】
第２の記憶手段１６には、決定された安定時の運転周波数を記憶した安定時運転周波数記憶手段１７と、起動運転領域運転周波数記憶手段１８とを有している。
安定時運転周波数決定手段１９では、外気温度検出手段１２および入水温度検出手段１１からの検出値と安定運転時条件データ記憶手段１４に記憶された条件データとから安定時の運転周波数を決定し、その結果を安定時運転周波数記憶手段１７に記憶する。
起動運転領域運転周波数決定手段２０では、安定時運転周波数記憶手段１７に記憶された安定時の運転周波数と起動運転領域条件データ記憶手段１５に記憶された条件データとから第２の定周波数領域または第３の定周波数領域での運転周波数を決定し、その結果を起動運転領域運転周波数記憶手段１８に記憶する。
圧縮機運転指示手段２１は、安定時運転周波数記憶手段１７、起動運転領域運転周波数記憶手段１８、起動運転領域条件データ記憶手段１５から、運転タイミングに合わせて必要なデータを読み出して圧縮機１に対して運転指令を出力する。
起動運転領域条件データ記憶手段１５から圧縮機運転指示手段２１に対して読み出されるデータは、除霜運転から貯湯運転への切換時に実行する除霜復帰運転領域に関する条件データであり、除霜完了検出手段１０からの信号がトリガーとなって読み出される。
【００１４】
つぎに、本実施例におけるヒートポンプ給湯装置の起動制御方法について説明する。
図３は、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の起動制御方法を表したフローチャートである。
まず、運転開始にあたって外気温度と入水温度が検出される（ステップ１、ステップ２）。
そして、外気温度検出手段１２によって検出した外気温度と入水温度検出手段１１によって検出した入水温度とから圧縮機１の安定時の運転周波数（ＦＮ）を決定する（ステップ３）。この安定時の運転周波数（ＦＮ）の決定にあたっては、安定運転時条件データ記憶手段１４に記憶された条件データが用いられる。また、決定された安定時の運転周波数（ＦＮ）は、安定時運転周波数記憶手段１７に記憶される。
【００１５】
つぎに、起動運転領域条件データ記憶手段１５に記憶された第２の定周波数領域の運転周波数を決定する。
ステップ４において、第２の定周波数領域の最大周波数５８Ｈｚ（Ｆ２Ｈ）よりも安定時の運転周波数（ＦＮ）が大きいか否かが判断される。安定時の運転周波数（ＦＮ）が第２の定周波数領域の最大周波数（Ｆ２Ｈ）よりも大きい場合には、第２の定周波数領域の運転周波数として、最大周波数（Ｆ２Ｈ）が決定される（ステップ５）。安定時の運転周波数（ＦＮ）が第２の定周波数領域の最大周波数（Ｆ２Ｈ）以下の場合には、ステップ６において、第２の定周波数領域の最小周波数４４Ｈｚ（Ｆ２Ｌ）よりも安定時の運転周波数（ＦＮ）が小さいか否かが判断される。ステップ６において、安定時の運転周波数（ＦＮ）が第２の定周波数領域の最小周波数４４Ｈｚ（Ｆ２Ｌ）よりも小さい場合には、第２の定周波数領域の運転周波数として、最小周波数（Ｆ２Ｌ）が決定される（ステップ７）。安定時の運転周波数（ＦＮ）が第２の定周波数領域の最小周波数（Ｆ２Ｌ）以上で第２の定周波数領域の最大周波数（Ｆ２Ｈ）以下の場合には、ステップ８において、第２の定周波数領域の運転周波数（Ｆ２）として安定時の運転周波数（ＦＮ）が決定される。
【００１６】
つぎに、起動運転領域条件データ記憶手段１５に記憶された第３の定周波数領域の運転周波数を決定する。
安定時の運転周波数（ＦＮ）が第２の定周波数領域の最大周波数（Ｆ２Ｈ）よりも大きい場合には、ステップ９において、第３の定周波数領域の最大周波数７２Ｈｚ（Ｆ３Ｈ）よりも安定時の運転周波数（ＦＮ）が大きいか否かが判断される。安定時の運転周波数（ＦＮ）が第３の定周波数領域の最大周波数（Ｆ３Ｈ）よりも大きい場合には、第３の定周波数領域の運転周波数として、最大周波数（Ｆ３Ｈ）が決定される（ステップ１０）。安定時の運転周波数（ＦＮ）が第３の定周波数領域の最大周波数（Ｆ３Ｈ）以下の場合には、ステップ１１において、第３の定周波数領域の運転周波数（Ｆ３）として安定時の運転周波数（ＦＮ）が決定される。なお、新たな運転周波数（ＦＮ、Ｆ２、Ｆ３）が決定された場合には、その都度前回の運転周波数（ＦＮ、Ｆ２、Ｆ３）に代えて新たな運転周波数（ＦＮ）が記憶される。
【００１７】
図３で説明した本実施例によるヒートポンプ給湯装置の起動制御方法をグラフで表したものが図４である。
図４は、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の起動時からの時間を横軸に圧縮機の運転周波数を縦軸に表した特性図である。
第１の運転領域（可変周波数領域および定周波数領域）は、外気温度および入水温度に関係なくあらかじめ設定された周波数（４８Ｈｚ）で運転する。
第２の運転領域の定周波数領域は、運転可能な周波数として４４Ｈｚ〜５８Ｈｚの範囲があらかじめ設定され、決定された安定時の運転周波数が５８Ｈｚより高い場合には５８Ｈｚで運転し、決定された安定時の運転周波数が５８Ｈｚより低い場合には、安定時の運転周波数で運転する。ただし、最小周波数を４４Ｈｚと設定している。
第３の運転領域の定周波数領域は、運転可能な周波数を４０Ｈｚ〜７２Ｈｚの範囲があらかじめ設定され、決定された安定時の運転周波数が７２Ｈｚより高い場合には７２Ｈｚで運転し、決定された安定時の運転周波数が７２Ｈｚより低い場合は、安定時の運転周波数で運転する。ただし、最小周波数を４０Ｈｚと設定している。
圧縮機の安定時の運転周波数は、入水温度および外気温度によって変更する場合の他、季節、または使用者の設定温度などの運転条件によって変更可能な構成とすることが好ましい。
【００１８】
つぎに、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の起動制御方法の一実験データを説明する。図５は冬期低入水温度時における起動時の圧縮機運転周波数の変化を示す特性図、図６は冬期高入水温度時における起動時の圧縮機運転周波数の変化を示す特性図、図７は冬期低入水温度時における起動特性図、図８は冬期運転起動後の圧縮機液バックと吸入過熱度を示す特性図、図９は冬期運転起動時の圧縮機シェル温度変化を示す特性図、図１０は夏期低入水温度時における起動時の圧縮機運転周波数の変化を示す特性図、図１１は夏期高入水温度時における起動時の圧縮機運転周波数の変化を示す特性図、図１２は夏期運転起動後の圧縮機液バックと吸入過熱度を示す特性図である。
図５から図１２に示す実験データを以下に説明する。
【００１９】
図５は、入水温度９℃を出湯温度９０℃に沸き上げる場合であり、運転初期は４８Ｈｚで起動し、所定温度９０℃にするために、安定時の運転周波数である７２Ｈｚまで、段階的に周波数を増加する。周波数７２Ｈｚは、安定時の所定加熱能力を確保するために入水温度と外気温度から予め設定されている。また図６は、入水温度４５℃を出湯温度９０℃に沸き上げる場合であり、この場合には、運転初期は同じく４８Ｈｚで起動するが、安定時の運転周波数が４０Ｈｚとなるため、４８Ｈｚから４０Ｈｚに運転周波数を下げている。
図７は、冬期起動後の加熱能力と出湯温度変化であり、周波数７２Ｈｚに達した時点では、出湯温度および加熱能力は未だ安定せず所定値に達していない。
図８は、冬期起動後の圧縮機へ流入する冷媒状態を表している。冷時起動、熱時起動ともに起動直後の略１分間は液バックし、その際に４８Ｈｚの低周波数で運転する。そして、冷時起動時の１〜７分間はガス化した冷媒が圧縮機に吸入する。さらに、７分以降は液バックするが、図９に表すように圧縮機シェル温度は５０〜６０℃まで上昇しているため、高周波数で運転する。一方、熱時起動時は絶えず液バックするが、圧縮機シェル温度は高いため、異常な液圧縮にはならない。
図１０から図１２は夏期のデータで、図５、図６、図８に対応する。
【００２０】
図１３、図１４は除霜運転から貯湯運転に切換った時の圧縮機の駆動周波数変化を示す特性図である。
本実施例の場合、除霜終了時には圧縮機シェル温度が比較的高いため、貯湯運転に切換る起動時の運転周波数は１分間、５６Ｈｚで運転し、その後に７８Ｈｚに上昇させる。
除霜運転時に、蒸発器出口の冷媒温度が６℃に達したことを検出すると、圧縮機の運転周波数を５６Ｈｚに下げる。すなわち、蒸発器に付着している霜が除霜されると霜取りに奪われる冷媒の熱が少なくなるため、蒸発器出口の冷媒温度が０℃から過熱ガスの６℃に上昇する。その温度変化を検出し、除霜終了と判断して、貯湯運転に移行するために運転周波数を一旦５６Ｈｚに下げてから貯湯運転に移行する。
安定時の運転周波数７８Ｈｚは、先の起動制御と同様に外気温度と入水温度を検出して、その検出温度に基づき決定した圧縮機の安定時の運転周波数で運転する。
【００２１】
以上のように、本実施例によれば運転起動時に圧縮機の駆動周波数を低くして立ち上げることによって、急激な液戻りを防止することができる。特に、圧縮機冷時起動時に低周波数で起動することで、圧縮機メカ部の焼き付け防止と異常な液圧縮を防止できる。そして、圧縮機シェル温度がある程度上昇すれば、運転周波数を大きくして運転する。圧縮機シェル温度が高い場合に液戻りがあると、圧縮機のメカ部から受熱して冷媒乾き度が大きくなるか、あるいは冷媒が気化するため、異常な液圧縮が防止できる。特に、高圧型圧縮機とすることによりこれらの効果を顕著に得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明によるヒートポンプ給湯装置は、一般家庭における浴室の浴槽に給湯する追い炊き機能付きの給湯機として有用であり、浴槽の追い炊き機能に加えて、又は浴槽の追い炊き機能に変えて床暖房などの暖房機能を備えた給湯機として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図
【図２】本実施例によるヒートポンプ給湯装置の起動制御装置の構成を機能実現手段であらわしたブロック図
【図３】本実施例によるヒートポンプ給湯装置の起動制御方法をあらわしたフローチャート
【図４】本実施例によるヒートポンプ給湯装置の起動時からの時間を横軸に圧縮機の運転周波数を縦軸に表した特性図
【図５】冬期低入水温度時における起動時の圧縮機運転周波数の変化を示す特性図
【図６】冬期高入水温度時における起動時の圧縮機運転周波数の変化を示す特性図
【図７】冬期低入水温度時における起動特性図
【図８】冬期運転起動後の圧縮機液バックと吸入過熱度を示す特性図
【図９】冬期運転起動時の圧縮機シェル温度変化を示す特性図
【図１０】夏期低入水温度時における起動時の圧縮機運転周波数の変化を示す特性図
【図１１】夏期高入水温度時における起動時の圧縮機運転周波数の変化を示す特性図
【図１２】夏期運転起動後の圧縮機液バックと吸入過熱度を示す特性図
【図１３】除霜運転から貯湯運転への切換え時の圧縮機の駆動周波数変化を示す特性図
【図１４】除霜運転から貯湯運転への切換え時の圧縮機のシェル温度変化を示す特性図
【符号の説明】
【００２４】
１  圧縮機
２  放熱器
３  膨張弁
４  蒸発器
６  貯湯タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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